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施能百科

鋰電池為何不能取代鉛酸電池

2019/6/3 9:28:55??????點擊:

需求

  目前鋰離(li)子電(dian)池主要應用在手機、平板電(dian)腦等3C類電(dian)子產品領域,在已經商(shang)業(ye)化的(de)電(dian)池中具(ju)備最(zui)高(gao)的(de)能(neng)量(liang)密度,但是仍然不能(neng)滿足(zu)人們(men)的(de)需求,為(wei)什么?歸結起來一(yi)句(ju)話,有限(xian)的(de)空(kong)間(jian)內塞(sai)不進去更(geng)大的(de)電(dian)芯。人們(men)對3C產品的(de)體積(ji)、重量(liang)有著嚴格的(de)要求,所以能(neng)夠提供(gong)給電(dian)池的(de)空(kong)間(jian)有限(xian)。

  性能

  盡(jin)管大家都(dou)公(gong)認鋰(li)離子電(dian)池(chi)(chi)有一統(tong)江湖(hu)的(de)趨勢,但(dan)是至少在兩個方面(mian)他是弱(ruo)于鉛酸電(dian)池(chi)(chi)的(de),而這(zhe)兩點在汽車啟動電(dian)源(yuan)上(shang)更是招(zhao)招(zhao)致命:低溫性能和大電(dian)流性能。


  首先(xian)說低(di)(di)溫(wen)性能,鉛酸電(dian)(dian)(dian)池在(zai)低(di)(di)溫(wen)下(xia)的(de)(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)(dian)性能其(qi)實還是(shi)很不錯的(de)(de)(de),在(zai)-10℃的(de)(de)(de)溫(wen)度下(xia)以(yi)10C倍率放(fang)電(dian)(dian)(dian)時(shi),10V以(yi)上的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓保持時(shi)間能夠大于90s,這(zhe)足以(yi)應(ying)付中國絕大多(duo)(duo)數(shu)地(di)(di)區的(de)(de)(de)惡劣環境;而鋰(li)(li)離子電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)(de)低(di)(di)溫(wen)性能要差上許多(duo)(duo),尤其(qi)是(shi)呼聲最(zui)高(gao)的(de)(de)(de)LiFePO4(磷酸鐵鋰(li)(li))材料,其(qi)低(di)(di)溫(wen)下(xia)的(de)(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)(dian)性能將會急劇衰減(jian),在(zai)東北和西北地(di)(di)區很難實現實際應(ying)用,或(huo)者說距離實際應(ying)用還有很遠的(de)(de)(de)路要走。

  安全性

  啟動電源使用在汽車(che)上大都是固定(ding)在發(fa)動機艙的(de)位置,且具有較高的(de)密(mi)閉性(xing),因此(ci)安全性(xing)對汽車(che)來(lai)說至關重(zhong)要,幾百安的(de)電流瞬間釋放出來(lai)所(suo)帶來(lai)的(de)熱量和(he)潛在危(wei)險(xian)不(bu)言(yan)而喻。

        鉛(qian)(qian)酸電(dian)(dian)池(chi)的(de)安全性在目前的(de)電(dian)(dian)池(chi)系統里屬于極高的(de)等(deng)級,首先,大電(dian)(dian)流性能優異意(yi)味(wei)著(zhu)電(dian)(dian)池(chi)不容易(yi)發生意(yi)外;其(qi)次,即(ji)便發生意(yi)外,正負極材(cai)料都是(shi)鉛(qian)(qian)的(de)化合物,而電(dian)(dian)解液(ye)還是(shi)硫酸溶液(ye),三者都不易(yi)燃(ran),只能是(shi)導致周(zhou)圍的(de)零(ling)部件燃(ran)燒。

  鋰(li)離子電(dian)(dian)池的(de)負極材料是石墨(mo),碳材料的(de)一種,易(yi)(yi)燃(ran)(ran)性就不需要(yao)多(duo)說了(le)。電(dian)(dian)解液(ye)是酯類溶劑和鋰(li)鹽,酯類溶劑不僅易(yi)(yi)燃(ran)(ran)而且還有極強的(de)揮發(fa)性,一旦(dan)大量放熱或(huo)者在汽車(che)碰(peng)撞時(shi)容易(yi)(yi)發(fa)生燃(ran)(ran)燒甚至(zhi)爆(bao)炸(zha),將事故推(tui)高一個(ge)等(deng)級,后果不堪設想。同時(shi),還有一個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)因素不可忽略(lve),鋰(li)離子電(dian)(dian)池在大電(dian)(dian)流放電(dian)(dian)時(shi)容易(yi)(yi)在負極形成鋰(li)枝晶,刺穿隔膜導致電(dian)(dian)池內部(bu)短(duan)路(lu)進而爆(bao)炸(zha),這在鋰(li)電(dian)(dian)界(jie)是一個(ge)共識。

  其實其他(ta)的(de)問題(ti)還有很多,比如電池(chi)長期處于高荷電態(tai)(SOC)下帶來的(de)電極材料穩(wen)定性等(deng)(deng)也是一個較(jiao)大的(de)問題(ti),目前關(guan)于其研究還不(bu)多,許多機理還不(bu)清楚,等(deng)(deng)等(deng)(deng),鋰(li)離子電池(chi)的(de)安全(quan)性問題(ti)太多了,在這(zhe)里就不(bu)一一說明了。

        成本

  在(zai)成(cheng)本上看,鉛酸電(dian)池(chi)的成(cheng)本毫無疑問是最低的,無論是電(dian)極材料,電(dian)解液還(huan)是裝配環境要(yao)求(qiu)等都遠遠低于鋰離子電(dian)池(chi)。

  就電極材料而言,鋰離子(zi)電池電極材料大(da)都(dou)需要復雜的工藝制備,且要經過(guo)(guo)一個高溫(wen)熱處理過(guo)(guo)程(石墨化(hua)溫(wen)度(du)大(da)于(yu)2000度(du),正極材料也大(da)都(dou)需要七八百度(du)),成本大(da)都(dou)在15-20w/噸(dun)以上,石墨可能會低一些(xie);鉛酸電池使(shi)用的氧化(hua)鉛和硫酸鉛相對(dui)來說成本會低很多。

  電解液的(de)話鋰離子電池使用多個酯類溶劑價格(ge)較高,而且(qie)對含(han)水量(liang)有嚴格(ge)的(de)要求(qiu),大都在幾(ji)十個ppm以(yi)內(nei),電解質(zhi)鹽六氟磷酸鋰不(bu)僅貴而且(qie)還(huan)容易分解,造成危險,分解產(chan)物之一就(jiu)(jiu)是(shi)恐怖(bu)的(de)HF,百度一下即可(ke)知道它的(de)危害!而鉛(qian)酸電池則(ze)是(shi)硫酸溶液,這個就(jiu)(jiu)不(bu)需要多說了吧。

  環境

  目前社會(hui)上的(de)呼聲大都說鉛(qian)(qian)酸電池(chi)(chi)污染環境(jing),鋰離(li)子電池(chi)(chi)對環境(jing)友好等,其實(shi)這是一(yi)個很大的(de)誤(wu)區(qu),之前由于南方小鉛(qian)(qian)酸電池(chi)(chi)廠太多不注(zhu)意環保而大肆排(pai)放(fang),而且(qie)加上國家想要縮(suo)減鉛(qian)(qian)酸電池(chi)(chi)的(de)規(gui)模,大力(li)發展(zhan)新(xin)能源,因此(ci)媒(mei)體(ti)的(de)論調也有較強的(de)針(zhen)對性,實(shi)際并非如此(ci)。

  目前鉛(qian)酸電(dian)池相對于鋰離(li)子電(dian)池而(er)言做得最好的(de)部(bu)分就是回收機制(zhi)。現(xian)在(zai)鉛(qian)酸電(dian)池主(zhu)要應用(yong)在(zai)電(dian)動自行(xing)車和(he)啟動電(dian)源(yuan)領域(yu),這(zhe)兩個領域(yu)都有(you)很強(qiang)的(de)針(zhen)對性(xing),那就是用(yong)戶(hu)在(zai)換(huan)電(dian)池時(shi)都回到專門的(de)店里去更(geng)換(huan),為什(shen)么?可以把(ba)舊電(dian)池折成錢買新的(de)啊!這(zhe)些廢(fei)舊的(de)電(dian)池基本都會(hui)再回到專門的(de)鉛(qian)板回收工(gong)廠(chang)進行(xing)二次處理(li)重(zhong)新制(zhi)備(bei)電(dian)極材(cai)料。

  鋰(li)離子(zi)(zi)電(dian)池你(ni)見(jian)過有(you)專門的機構(gou)回(hui)收再(zai)用來制備電(dian)極材料嗎?原因(yin)如下(xia):第(di)一,鋰(li)離子(zi)(zi)電(dian)池應用領域太廣(guang),這就決定了(le)(le)(le)他的回(hui)收難度;第(di)二(er),鋰(li)離子(zi)(zi)電(dian)池大(da)都(dou)是小型(xing)的,平(ping)常(chang)大(da)家手機或(huo)者mp3等不用了(le)(le)(le)大(da)都(dou)是直接扔了(le)(le)(le)或(huo)者賣了(le)(le)(le),這些(xie)電(dian)池最后基本(ben)都(dou)躺在了(le)(le)(le)垃圾桶里(li)面。

        雖(sui)然(ran)鋰(li)離(li)子電池(chi)里面重金(jin)屬(shu)較(jiao)少(shao),只(zhi)(zhi)有正極(ji)材料含有鈷(gu)金(jin)屬(shu),但是(shi)(shi)扛不住全世界這(zhe)么大的(de)用(yong)戶(hu)體量啊,長期來看,這(zhe)還(huan)是(shi)(shi)個問題(ti),所以(yi)總的(de)來看鉛酸電池(chi)只(zhi)(zhi)要在制造過程中注(zhu)意好(hao)相關的(de)環保措施是(shi)(shi)沒有問題(ti)的(de),因為在使(shi)用(yong)中都(dou)是(shi)(shi)密封免維(wei)護的(de),最(zui)終又會有相對應的(de)回收機(ji)制。

  總結

  其實鉛酸電(dian)池(chi)絕對(dui)算(suan)是(shi)化學電(dian)源界的(de)一(yi)顆常青樹,誕生至(zhi)今已經有一(yi)百多年(nian)了,近年(nian)來雖然一(yi)直說要用鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)來取代(dai),但是(shi)我(wo)覺(jue)得在一(yi)些領(ling)域暫時是(shi)根本無法取代(dai)的(de),至(zhi)少(shao)三五(wu)十年(nian)內是(shi)不可能(neng)的(de)。

  大家要用發展的眼(yan)光看問題,鉛酸電(dian)(dian)池的研究也一直在進步,目(mu)前(qian)在汽車啟(qi)動電(dian)(dian)源領域依然是無敵的存在,鋰離子電(dian)(dian)池還(huan)有很長的路要走,還(huan)年(nian)輕(qing),希望日后能有更高端的電(dian)(dian)池出現并取代之!

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